(57)【要約】【課題】高い空間分解能を維持しながらも容易に製造可能な二次元半導体検出器およびそれを用いた二次元画像撮像装置を提供する。【解決手段】放射線などの入射側を表面とする読み出し側基板３のその表面全体を覆うようにｎ型半導体膜７を配置し、さらにｎ型半導体膜７の表面から感応半導体膜６、共通電極５の順に積層配置する。したがって、検出側基板と読み出し側基板を個別に作製することもなければ、両基板を精度よく位置合せする必要もない。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通電極と、共通電極に積層形成されているとともに検出対象の光または放射線に感応してキャリアを生成する感応半導体膜と、感応半導体膜の略全面に積層形成されているとともに感応半導体膜とヘテロ接合をなす第１接合用半導体膜と、多数個の生成キャリア蓄積・読み出し用の素子が回路基板の上に設けられてなる読み出し側基板とを備えたことを特徴とする二次元半導体検出器。
【請求項２】
請求項１に前記の二次元半導体検出器において、前記共通電極と、感応半導体膜と、第１接合用半導体膜とを備え、かつ、前記共通電極の裏面側に支持基板を備えた検出側基板と、前記読み出し側基板とを機械的および電気的に接合したことを特徴とする二次元半導体検出器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の二次元半導体検出器において、さらに、前記検出側基板の共通電極と感応半導体膜との間に介在して感応半導体膜とヘテロ接合し、かつ、前記第１接合用半導体膜とは逆の導電性を有する第２接合用半導体膜を備えたことを特徴とする二次元半導体検出器。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の二次元半導体検出器において、前記第１接合用半導体膜の面抵抗が１０１２Ω／□以上であることを特徴とする二次元半導体検出器。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の二次元半導体検出器において、前記第１接合用半導体膜が、ｎ型の半導体膜であって正孔阻止層として機能することを特徴とする二次元半導体検出器。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の二次元半導体検出器において、前記第１接合用半導体膜が、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）またはこれらの混合結晶から構成されていることを特徴とする二次元半導体検出器。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の二次元半導体検出器において、前記感応半導体膜が、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、またはこれらの混合結晶から構成されていることを特徴とする二次元半導体検出器。
【請求項８】
請求項３ないし請求項７のいずれかに記載の二次元半導体検出器において、前記第２接合用半導体膜が、ＺｎＴｅ、または前記感応半導体膜よりも亜鉛（Ｚｎ）濃度の高いＣｄＴｅとＺｎＴｅの混合結晶であるテルル化亜鉛カドミウム（ＣｄＺｎＴｅ）で構成されていることを特徴とする二次元半導体検出器。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の二次元半導体検出器を備えた二次元撮像装置であって、前記二次元半導体検出器から出力される信号を記憶する記憶手段と、前記記憶された信号に基づいて二次元の画像データを作成する演算処理手段と、前記演算処理手段によって作成された二次元画像を出力表示する表示手段とを備えたことを特徴とする二次元撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光または放射線を直接にキャリアに変換する感応半導体膜を有する直接変換タイプの二次元半導体検出器およびそれを備えた二次元撮像装置に係り、特に、二次元半導体検出器の精度を維持しながら製造効率の向上を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医療用あるいは工業用において、光または放射線を検出するための二次元半導体検出器が用いられている。図９に示すように、従来の二次元半導体検出器５１の場合、多数個の検出素子５３ａが二次元アレイ配列に対応して縦横に整列配置されている。また、検出対象の光や放射線の入射によって検出素子５３ａで生成したキャリア（電子や正孔）を蓄積および読み出すための蓄積・読み出し用の素子（図示省略）が検出素子５３ａの二次元アレイ配列に対応する配列で設けられており、生成キャリアの素子別収集が行われる構成となっている。
【０００３】
光検出用の二次元半導体検出器５１の場合、検出対象の光に感応してキャリアを生成する感応半導体膜としてフォトダイオード用のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜が用いられている。また、放射線（例えばＸ線）検出用の二次元半導体検出器５１の場合、検出対象の放射線に感応してキャリアを生成する感応半導体膜としてアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）膜が用いられている。これらの二次元半導体検出器５１は、検出対象の光や放射線を直接キャリアに変換する感応半導体膜を有するので、直接変換タイプと呼ばれている（特許文献１参照）。
【０００４】
具体的には、図１０に示すように、検出側基板５２と読み出し側基板５３とから構成されている。検出側基板側５２は、放射線としてのＸ線が入射する側から支持基板５４、共通電極５５、電子阻止層５６、Ｘ線検出層５７、および二次元アレイ状に区画形成された分割電極５８の順に積層されている。この検出側基板５２の分割電極５８と読み出し側基板５３の蓄積・読み出し素子５３ａとを個々に電気的に接合させている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−７７３４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の二次元半導体検出器には次のような問題がある。
すなわち、検出側基板と読み出し側基板を電気的に接合するように合体させる際、検出側基板の分割電極を読み出し側基板の読み出し用の素子に精度よく位置合せしなければ、分割電極が隣接する読み出し用の素子と短絡し、接続不良が発生するといった問題がある。
【０００７】
また、両基板を精度よく合体させるためには、検出側基板の分割電極を微細加工技術により精度よく形成するパターン形成や、両基板の位置合せを精度よく行うための製造工程を設ける必要があり、製造歩留や費用の面において不都合が生じている。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、二次元半導体検出器として高い精度を維持しながら製造効率の向上を図ることのできる直接変換タイプの二次元半導体検出器およびそれを用いた二次元撮像装置を提供することを主たる目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、共通電極と、共通電極に積層形成されているとともに検出対象の光または放射線に感応してキャリアを生成する感応半導体膜と、感応半導体膜の略全面に積層形成されているとともに感応半導体膜とヘテロ接合をなす第１接合用半導体膜と、多数個の生成キャリア蓄積・読み出し用の素子が回路基板の上に設けられてなる読み出し側基板とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
（作用・効果）請求項１に記載の発明によれば、検査対象の光または放射線が感応半導体膜に入ってキャリア（電子や正孔）を直接変換方式で生成する。この生成されたキャリアは感応半導体膜に略全面に積層された第１接合用半導体膜を介して読み出し側基板の素子に蓄積されて適時に読み出される。この感応半導体膜とヘテロ接合をなす第１接合用半導体膜は、抵抗値が大きいので各素子に蓄積されたキャリアが隣接する素子に漏れるのを抑制することができる。したがって、検出感度および空間分解能が改善され、ダイナミックレンジが大きく、クロストークが少なくなる。
【００１１】
また、請求項１に記載の二次元半導体検出器は、感応半導体膜の表面に積層形成された第１接合用半導体膜は、感応半導体膜を覆うように略全面に積層形成されており、この感応半導体膜を介して読み出し側基板と電気的な接続状態を維持しているので、従来の二次元半導体検出器のように微細加工技術によって分割電極を設ける必要もないし、検出側基板と読み出し側基板の接合時に従来のように両基板の位置合せ精度を考慮する必要もない。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明によれば、共通電極と、感応半導体膜と、第１接合用半導体膜とを備え、かつ、前記共通電極の裏面側に支持基板を備えた検出側基板と、前記読み出し側基板とを機械的および電気的に接合することが好ましい。すなわち、支持基板の表面から共通電極などを順番に成膜することによって、読み出し側基板とは個別に検出側基板を効率よく作製することができる。したがって、読み出し側基板に熱、プラズマ等による損傷を与えることがないので、感応半導体膜の成膜に高温やプラズマ照射を必要とする材料を利用することができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明によれば、共通電極とヘテロ接合する第２接合半導体膜を備えていることが好ましい。すなわち、感応半導体膜の共通電極側にもヘテロ接合が形成されているので、共通電極に逆のバイアス電圧を印加すると感応半導体膜で生成されたキャリアの漏れをより一層抑制することができる。したがって、請求項１に記載の二次元半導体検出器を好適に実施することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明によれば、第１接合用半導体膜の面抵抗（シート抵抗）が１０１２Ω／□以上であることが好ましい。このように第１接合用半導体膜を高抵抗にすることによって、読み出し側基板から信号を読み出すときに、読み出し側基板に蓄積された電荷が隣接する読み出し素子に漏れ出すのを抑制することができる。したがって、空間分解能の高い二次元半導体検出器を実現することができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明によれば、第１接合用半導体膜がｎ型の半導体膜であることが好ましい。このように構成することによって、第１接合用半導体膜が正孔素子層として機能する。つまり、感応半導体膜で生成された輸送特性に優れた電子を主キャリアとして動作させることができる、結果、感度および応答性に優れた二次元半導体検出器を実現することができる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明によれば、第１接合用半導体膜が、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、Ｓｂ２Ｓ３またはこれらの混合結晶であることが好ましい。すなわち、これらの材料により第１接合用半導体膜を形成することによって、高抵抗のｎ型の導電性を得ることができる。したがって、請求項４に記載の二次元半導体検出器を好適に実施することができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明によれば、感応半導体膜が、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅ、またはこれらの混合結晶から構成されていることが好ましい。すなわち、これらの材料でキャリア生成能力の高い感応半導体膜を適切な厚みで形成することによって、高感度・高効率な二次元半導体検出器を実現することができる。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明によれば、第２接合用半導体膜が、ＺｎＴｅ、または前記感応半導体膜よりも亜鉛濃度の高いＣｄＴｅとＺｎＴｅの混合結晶であるテルル化亜鉛カドミウム（ＣｄＺｎＴｅ）であることが好ましい。すなわち、感応半導体膜と第２接合用半導体膜が、その接合界面で混晶を形成するので、良好なヘテロ接合特性を得ることができる。したがって、電子阻止層として有効に機能し、読み出し素子からの電荷の漏れを抑制することができる。
【００１９】
また、請求項９に記載の発明によれば、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の二次元半導体検出器を備えた二次元撮像装置であって、前記二次元半導体検出器から出力される信号を記憶する記憶手段と、前記記憶された信号に基づいて二次元の画像データを作成する演算処理手段と、前記演算処理手段によって作成された二次元画像を出力表示する表示手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
光や放射線を検出した二次元半導体検出器から出力される信号が記憶手段に記憶される。この記憶された信号は演算処理手段によって適時に読み出され、種々の演算処理が実行されて二次元の画像データに加工・作成される。この作成された二次元の画像データは、表示手段に二次元画像として出力表示される。つまり、上述の二次元半導体検出器を用いることによって、空間分解能の高い二次元画像を得ることができる。
【００２１】
本明細書は次のような解決手段も開示している。
【００２２】
（１）請求項１に記載の二次元半導体検出器の製造方法であって、前記読み出し側基板の表面の略前面に前記第１接合用半導体膜を成膜する過程と、前記成膜された第１接合用半導体膜の表面に感応半導体膜を成膜する過程と、前記成膜された感応半導体膜の表面に共通電極を成膜する過程とを備えたことを特徴とする二次元半導体検出器の製造方法。
【００２３】
（作用・効果）前記（１）に記載の発明によれば、読み出し側基板の表面から第１接合用半導体膜、感応半導体膜、共通電極の順番に成膜することによって光または放射線を検出する検出部が一体形成される。読み出し側基板の表面に直接に形成された検出部の第１接合用半導体膜は、読み出し側基板に蓄積された電荷が隣接する素子側に漏れるクロストークを防止する。したがって、ダイナミックレンジおよび空間分解能の高い二次元半導体検出器を製造することができる。さらに、読み出し側基板の表面全体を覆うようにして第１接合用半導体膜を積層形成され、この第１接合用半導体膜が読み出し側基板と電気的に接合しているので、従来の二次元半導体検出器のように、検出側基板の分割電極と読み出し側基板の各素子の位置を精度よく合せる必要がないし、高微細技術によって分割電極を形成する必要もない。したがって、請求項１に記載のダイナミックレンジなどを高精度に維持した二次元半導体検出器を好適に実現することができる。
【００２４】
（２）前記（１）に記載の二次元半導体検出器の製造方法において、前記感応半導体膜を成膜する過程の後に、第２接合半導体膜を成膜する過程を備えたことを特徴とする二次元半導体検出器の製造方法。
【００２５】
前記（２）に記載の発明によれば、感応半導体膜を成膜した後に、第２接合用半導体膜を成膜するのが好ましい。このよう第２接合用半導体膜の成膜過程を備えることによって、請求項３に記載の二次元半導体検出器を好適に実現することができる。
【００２６】
（３）請求項２に記載の二次元半導体検出器の製造方法であって、前記二次元半導体検出器は、前記検出側基板を作製する過程と、前記検出側基板と前記読み出し側基板を機械的および電気的に接合する過程とを備え、前記検出側基板を作製する過程は、支持基板の表面に共通電極を成膜する過程と、前記成膜された共通電極の表面に感応半導体膜を成膜する過程と、前記成膜された感応半導体膜の表面に第１接合用半導体膜を成膜する過程とを備えたことを特徴とする二次元半導体検出器。
【００２７】
前記（３）に記載の発明によれば、共通電極を成膜した後に、その表面から感応半導体膜、第１接合用半導体膜の順に成膜された検出側基板が作製される。この作製された検出側基板は、第１接合用半導体膜の面が読み出し側基板と機械的および電気的に接合するように貼り合わされる。したがって、請求項２に記載の二次元半導体検出器を好適に実現することができる。
【００２８】
（４）前記（３）に記載の二次元半導体検出器の製造方法において、前記共通電極を成膜する過程の後に、前記第２接合用半導体膜を成膜する過程を備えたことを特徴とする二次元半導体検出器の製造方法。
【００２９】
前記（４）に記載の発明によれば、共通電極を成膜した後に、その表面に第２接合用半導体膜を成膜することが好ましい。このように第２接合用半導体膜の性膜の過程を備えることによって、前記請求項３に記載の二次元半導体検出器を好適に実現することができる。
【００３０】
（５）前記（３）ないし（４）のいずれかに記載の二次元半導体検出器の製造方法において、前記検出側基板と読み出し側基板とを導電性の材料を介して貼り合わせることを特徴とする二次元半導体検出器。
【００３１】
前記（５）に記載の発明によれば、検出側基板と読み出し側基板が導電性材を介して貼り合わせ接合される。つまり、導電性材を読み出し側基板の画素電極上に形成した状態で接合することによって、検出側基板と読み出し側基板との位置合せを精度よく行なわくとも互いの電気的な接合状態を維持しながら容易に接合することができる。したがって、請求項２ないし請求項８に記載の二次元半導体検出器を好適に実現することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
＜第１実施例＞
図１は第１実施例に係る二次元半導体検出器の構成を示す断面図、図２は第１実施例の二次元半導体検出器の等価回路の概要を示す回路図、図３は第１実施例の検出素子１個当たりの構成を示す断面図である。
【００３３】
第１実施例の二次元半導体検出器１Ａでは、図１に示すように、光あるいは放射線を検出する検出側基板（センサ基板）として機能する検出部２Ａが、生成キャリアの蓄積・読み出しを行う読み出し側基板（アクティブマトリックス基板）３の表面に直接に積層形成されている。
【００３４】
検出部２Ａにおいては入射した検出対象の光または放射線によってキャリア（電子や正孔）が直接変換方式で生成される。読み出し側基板３においては生成キャリアが素子別収集された上で取り出されるよう構成されている。以下、第１実施例の二次元半導体検出器１Ａの各部の構成を具体的に説明する。
【００３５】
検出部２Ａは、検出対象の光・放射線（例えば、Ｘ線）の入射側からバイアス電圧印加用の共通電極５と、共通電極５の表面側に検出対象の光または放射線に感応してキャリアを生成する感応半導体膜６と、この感応半導体膜６の表面側に感応半導体膜６とヘテロ接合をなすｎ型接合用半導体膜７（第１接合用半導体膜）とを具備している。なお、図１では、共通電極４に負のバイアス電圧を印加している。
【００３６】
共通電極５は、例えばＩｎ２  Ｏ３  ，ＳｎＯ２  ，ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの導電性材からなる。
【００３７】
感応半導体膜６はＭＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔ  ｓｙｓｔｅｍ）や近接昇華法あるいは粉末焼成法等で形成されたテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）のいずれか、もしくはこれらの混合結晶により形成された膜である。
【００３８】
ｎ型接合用半導体膜７は、共通電極５に負のバイアス電圧を印加することにより正孔阻止層として機能する。このｎ型接合用半導体膜７は、その面抵抗（シート抵抗）が１０１２Ω／□以上であることが好ましい。面抵抗が１０１２Ω／□以上にすることによって、読み出し側基板３から信号を読み出すときに、読み出し側基板３のコンデンサ９に蓄積された電荷が隣接する画素に漏れ出すのを抑制することができる。
【００３９】
ｎ型半導体膜７を構成する材料としては、例えば硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）またはこれらの混合物であることが好ましい。これらの材料によりｎ型半導体膜７を構成することによって高抵抗を実現することができる。
【００４０】
次に、読み出し側基板３は、図２に示すように、全検出素子８の各々に対して電荷蓄積用（容量）の素子としてのコンデンサ９と、読み出し用の素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０とが各１個ずつ設けられている。なお、コンデンサ９は各検出素子８における共通電極５とｎ型半導体膜７間の等価容量（検出素子容量）である。
【００４１】
なお、図２では、説明の便宜上、縦３×横３の（画素）マトリックス構成で合計９個分のマトリックス構成が示されているだけであるが、第１実施例の場合、検出部２Ａにおいては、必要画素数に応じて縦１０００〜３０００×横１０００〜３０００程度のマトリックス構成で検出素子８が２次元アレイ配列されている。読み出し側基板３においては、画素数と同数のコンデンサ９および薄膜トランジスタ１０が同様のマトリックス構成で２次元アレイ配列されている。
【００４２】
図１に示す読み出し側基板３における一点鎖線で囲んだ１ａ部分のコンデンサ９および薄膜トランジスタ１０の具体的構成は、図３に示す通りである。すなわち、絶縁基板（回路基板）１１の表面に形成されたコンデンサ９の接地側電極９ａと薄膜トランジスタ１０のゲート電極１０ａの上に絶縁膜１２を介してコンデンサ９の接続側電極９ｂと薄膜トランジスタ１０のソース電極１０ｂおよびドレイン電極１０ｃが積層形成されている。また、最表面側が接続側電極９ｂを除いて絶縁膜１２で覆われた状態となっている。また接続側電極９ｂとソース電極１０ｂはひとつに繋がっており同時形成されている。さらに、コンデンサ９の容量絶縁膜および薄膜トランジスタ１０のゲート絶縁膜の両方を構成している絶縁膜１２には、例えばプラズマＳｉＮ膜が用いられる。
【００４３】
なお、この読み出し側基板３は液晶表示用アクティブマトリックス基板の作製に用いられるような薄膜形成技術や微細加工技術を用いて製造されている。
【００４４】
さらに、読み出し側基板３には、読み出し駆動用回路としてのプリアンプ（電荷−電圧変換器）群１３およびＡ／Ｄコンバータと、マルチプレクサ１４とゲートドライバ１５とが接続されている。これら読み出し駆動用回路はシリコン半導体等のＩＣ（集積回路）が用いられる。プリアンプ群１３は、列が同一の薄膜トランジスタ１０のドレイン電極を結ぶ横（Ｙ）方向の読出し配線（読み出しアドレス線）１６に接続されており、ゲートドライバ１５は行が同一の薄膜トランジスタ１０のゲート電極を結ぶ横（Ｘ）方向の読出し配線（ゲートアドレス線）１７に接続されている。なお、プリアンプ群１３の内では、１本の読出し配線１７に対してプリアンプが１個それぞれ接続されている。また、各読み出し駆動用回路は異方導電性フィルム（ＡＣＦ）等を介して読出し配線１６，１７に接続されている。
【００４５】
続いて、上述の構成を有する第１実施例の二次元半導体検出器１Ａによる光あるいは放射線の検出動作について説明する。
【００４６】
第１実施例装置の場合、共通電極５には負（マイナス）のバイアス電圧が印加される。検出対象の光または放射線が共通電極５の上側から感応半導体膜６に入射するのに伴って感応半導体膜６ではキャリアを生成する。実施例の場合、感応半導体膜６は、入射するのが光と放射線のいずれであってもキャリアが生成されるＣｄｘ（Ｚｎ）１−ｘＴｅ膜であるので、光検出と放射線検出の両方が可能である。次の読み出しタイミングが来るまでは薄膜トランジスタ１０がオフ（遮断）となっているので、生成キャリアはコンデンサ９に電荷として蓄積され続ける。
【００４７】
読み出し側基板３の場合、マルチプレクサ１６およびゲートドライバ１７へ信号読み出し用の走査信号が送り込まれることになる。各検出素子８の特定は、Ｘ方向・Ｙ方向の配列に沿って各検出素子８に順番に割り付けられているアドレス（例えば０〜１０２３）に基づいて行われるので、取り出し用の走査信号は、それぞれＸ方向アドレスまたはＹ方向アドレスを指定する信号となる。
【００４８】
Ｙ方向の走査信号に従ってゲートドライバ１５からＸ方向の読出し配線１７に読み出し用の電圧が印加されるのに伴い、各検出素子８が行単位で選択される。そして、Ｘ方向の走査信号に従ってマルチプレクサ１４が切替えられることにより、選択された行・列に合致する検出素子（画素）８に対応する薄膜トランジスタ１０がオン（導通）となると同時にコンデンサ９に蓄積された電荷が、プリアンプ群１３およびマルチプレクサ１４を順に経由して検出信号（画素信号）として読み出される。
【００４９】
このようにして読み出された検出信号は、適当な画像処理が施された後、ＣＲＴや液晶あるいはＰＤＰ等の表示装置（モニタ）に送られて二次元画像として表示させることができる。
【００５０】
第１実施例装置の場合、検出素子８毎に感応半導体膜６とｎ型接合用半導体膜７によるヘテロ接合が形成されており、ｎ型接合用半導体膜７が高抵抗を有するため生成キャリアは漏れ広がり難くて生成位置に近い素子別に収集され、検出感度および空間分解能が改善される。つまり、ダイナミックレンジが大きくてクロストークが少なくなる。したがって、本実施例の二次元半導体検出器１Ａから出力される検出信号に基づいて得られる画像は高画質となる。
【００５１】
次に、上述の二次元半導体検出器１Ａは、次のようにして製造される。
検出部２は、読み出し側基板３の表面に直接に積層により作製される。具体的には、読み出し側基板３の表面からｎ型半導体膜７、感応半導体膜６、共通電極５の順に昇華法、蒸着法あるいはスパッタリング法による成膜形成により作製される。
【００５２】
上述のように、読み出し側基板３の表面に成膜によって検出２Ａを設けることによって、異方導電性フィルムなどを介して個別に作製した検出側基板と読み出し側基板のそれぞれを機械的および電気的に貼り合せて二次元半導体検出器を製造するよりも、より一層容易に製造することができる。つまり、第１接合用半導体膜を画素分割する工程が不要であり、基板を貼り合わせる工程が存在しない。
【００５３】
＜第２実施例＞
次に、第２実施例の二次元半導体検出器１Ｂについて図面を参照しながら説明する。
【００５４】
図４は第２実施例に係る二次元半導体検出器の構成を示す断面図、図５は第１実施例における検出側・読み出し側の両基板の接合（合体）状況を示す正面図、図６は第２実施例の検出素子１個当たりの構成を示す断面図である。
【００５５】
本実施例は、放射線の入射によってキャリアを生成する検出側基板と、読み出し側基板とが個別作製された二次元半導体検出器について説明する。なお、第１実施例の検出部２に相当する検出側基板の構成のみが異なるので、同一構成の部分には同一符号を付すに留め、具体的な説明については省略する。
【００５６】
第２実施例の二次元半導体検出器１Ｂでは、図５に示すように、光あるいは放射線を検出する検出側基板（センサ基板）２Ｂと、生成キャリアの蓄積・読み出しを行う読み出し側基板３が機械的および電気的に接合（合体）されている。
【００５７】
検出側基板２Ｂは、図４に示すように、検出対象の光・放射線の入射側から無色透明のガラス基板（支持基板）４と、このガラス基板４の表面（図４では下方）に形成されたバイアス電圧印加用の共通電極５と、共通電極５の表面側に検出対象の光または放射線に感応してキャリアを生成する感応半導体膜６と、この感応半導体膜６の表面側に感応半導体膜６とヘテロ接合をなすｎ型接合用半導体膜７（第１接合用半導体膜）とを具備した構成をしている。つまり、共通電極の５の裏面側に支持基板３を備えた以外は、第１実施例と同じ構成であるので、その他の具体的な構成についての説明を省略する。なお、図４においても共通電極４に負のバイアス電圧を印加している。
【００５８】
次に、上述の二次元半導体検出器１Ｂの製造方法について説明する。
本実施例の二次元半導体検出器１Ｂは、検出側基板２Ｂと読み出し側基板３とが個別に作製される。具体的には以下の通りである。
【００５９】
検出側基板２Ｂは、その放射線の入射方向とは反対のガラス基板４の表面から共通電極５、感応半導体膜６、ｎ型半導体膜７の順に、昇華法、蒸着法あるいはスパッタリング法による成膜形成により作製される。
【００６０】
作製された検出側基板２Ｂは、読み出し側基板３との位置合せを行った後に、両基板１Ｂ，２を異方導電性フィルム（ＡＣＦ）や異方導電性ペースト（ＡＣＰ）あるいはドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）などを用いて貼り合わせることで両基板１Ｂ，２が機械的に一体構成とされている。このように貼り合わされた両基板１Ｂ．２は、ｎ型半導体膜７と接続側電極９ｂとが、図６に示すように、介在する導体材１９で電気的に接続される。
【００６１】
このように、検出側基板２Ｂと読み出し側基板３を個別に作製して機械的および電気的に貼り合せることによって、検出側基板２Ｂにおける感応半導体膜６を積層形成する際に３００℃以上の高熱が必要な高吸収率・高変換率の高感度ＣｄＸ  （Ｚｎ）１−Ｘ  Ｔｅ膜を高比抵抗感応半導体膜６として用いることが出来る。また、両基板１Ｂ、２が個別に作製されることで、感応半導体膜６の成膜時の高熱やプラズマ損傷により読み出し側基板３のキャリア蓄積・読み出し用のコンデンサ９や薄膜トランジスタ１０などを劣化させずに済む。
【００６２】
＜第３実施例＞
本実施例では、上述の第１および第２実施例の二次元半導体検出器１Ａ，または１Ｂを用いた二次元撮像装置について説明する。
【００６３】
図７は、本実施例の二次元撮像装置の概略を示した全体構成のブロック図である。以下、図７に基づいて具体的な構成について説明する。なお、Ｘ線を検出する二次元半導体検出器１（１Ａ，１Ｂ）の構成等については上述しているので、ここでの具体的な説明は省略する。
【００６４】
本実施例の二次元撮像装置は、被検体Ｍに放射線としてのＸ線を照射するＸ線管２０と、被検体Ｍを透過したＸ線を検出する二次元半導体検出器１とが、天板Ｂの上に載置された被検体Ｍを挟んで対向配置されているとともに、二次元半導体検出器１の後段の制御系側において、被検体ＭへのＸ線照射に伴って二次元半導体検出器１から出力されるＸ線検出信号にしたがって被検体Ｍの二次元画像が得られるように構成されている。
【００６５】
Ｘ線照射用のＸ線管２０は、照射制御部２１のコントロールにより管電圧・管電流などの設定照射条件にしたがってＸ線を被検体Ｍに照射されるように構成されている。
【００６６】
二次元半導体検出器１は、被検体Ｍからの透過Ｘ線を検出してＸ線検出信号を出力する。
【００６７】
この二次元半導体検出器１から出力されるＸ線検出信号は、被検体ＭによるＸ線の減衰度に対応した信号強度を有しており、一旦、データ収集部２２に収集される。収集された信号群は、Ａ／Ｄ変換器２３を介してデジタル信号に変換された後に、演算処理部２４の検出信号メモリ２５に記憶されるようになっている。なお、検出信号メモリ２５は、本発明の記憶手段に相当する。
【００６８】
被検体移動用の天板Ｂは、天板駆動部２６のコントロールにより、例えば、被検体Ｍを載せた状態で天板の長手方向に対して前後左右に移動させられるように構成されている。
【００６９】
本実施例装置の制御系側には、Ｘ線照射に伴って二次元半導体検出器１から出力されるデジタル信号に基づいて必要な各種信号処理を実行する演算処理部２４と、必要な信号処理により得られた二次元のＸ線画像を表示するためのモニタ３１などを備えている。なお、演算処理部２４は、本発明の演算処理手段に、モニタ３１は表示手段に相当する。
【００７０】
演算処理部２４は、さらに、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を記憶する検出信号メモリ２５と、検出信号メモリ２５に記憶されているデータを逐次に読み出して種々の信号処理を実行して鮮明な二次元画像のデータを作成する画像補正処理部２７と、画像補正処理部２７で処理された出力用の画像データを記憶する画像メモリ２８とを備えている。
【００７１】
画像補正処理部２７で実行される処理としては、例えば、エッジ強調やフィルタリングあるいはデジタルサブトラクション（ＤＳＡ）などの二次元のＸ線画像作成処理を実行するとともに、Ｘ線検出信号の信号強度のバラツキを解消する補正演算処理などを実行するように構成されている。
【００７２】
なお、撮影制御部２９は、操作部３０による指示・数値データ等の入力操作や撮影の進行状況に応じて必要な命令やデータを各部へ適時に送出する制御を実行するように構成されており、撮影制御部２９の制御によって実施例装置全体が正常に作動する。
【００７３】
すなわち、上述の構成を有する二次元撮影装置は、以下のように動作する。
先ず、Ｘ線管２０から照射されて被検体Ｍを透過した透過Ｘ線を二次元半導体検出器１が検出するとともに、二次元半導体検出器１から出力されるＸ線検出信号が逐次にデータ収集部２２に記憶される。この記憶されたＸ線検出信号は、Ａ／Ｄ変換器２３でデジタル信号に変換された後に、演算処理部２４の検出信号メモリ２５に記憶されてゆく。
【００７４】
検出信号メモリ２５に記憶された信号群は、適時に画像補正処理部２７によって読み出されて各種補正処理を施されて二次元の出力用の画像データになる。作成された画像データは、画像メモリ２８に記憶される。この記憶された画像データは、オペレータによって操作された操作部３０からの指令に基づいて二次元のＸ線画像としてモニタ３１に表示される。なお、二次元のＸ線画像の出力としては、モニタ３１と併用して、例えば、フィルムに焼き付けて画像写真として出力する画像焼付け器などを別途備えてもよい。
【００７５】
上述のように、第１および第２実施例に記載の二次元半導体検出器１（１Ａ，１Ｂ）を用いて二次元画像撮影装置を構成することによって、空間分解能が高い良好な二次元のＸ線画像を得ることができる。
【００７６】
なお、この発明は上述した実施例に限定されるものではなく、以下のように変形実施が可能である。
【００７７】
（１）上記各実施例では、感応半導体膜６が入射するのが光でも放射線でもキャリアが生成される膜であったが、この発明の装置の場合、感応半導体膜は光入射あるいは放射線入射の片方だけに感応してキャリアを生成する膜であって、光検出か放射線検出かのどちらか片方だけが行える構成であってもよい。
【００７８】
（２）上記各実施例おいて、共通電極５と感応半導体膜６との間に感応半導体膜６とヘテロ接合する第２接合用半導体膜を備える構成としてもよい。例えば、図８に示す二次元半導体検出器１Ｃのような構成であってもよい。
【００７９】
つまり、第２接合用半導体膜１８は、感応半導体膜とヘテロ接合するとともに、第１接合用半導体膜であるｎ型半導体膜７とは逆の導電性を有するものである。つまり、本実施例の場合、共通電極５に負のバイアス電極を印加すると第２接合用半導体膜１８は、電子阻止層として機能する。したがって、読み出し側基板３の検出素子１からの漏れ電流を抑制することができる。なお、第２接合半導体膜１７を構成する材料としては、ＺｎＴｅ、または前記感応半導体膜よりも亜鉛濃度の高いＣｄＴｅとＺｎＴｅの混合結晶であるテルル化亜鉛カドミウム（ＣｄＺｎＴｅ）が挙げられる。
【００８０】
上述のように共通電極５と感応半導体膜６との間に感応半導体膜６とヘテロ接合し、かつｎ型半導体膜７と逆の導電性を有する第２接合用半導体膜１８を設けることにより、この第２接合用半導体膜１８が電子阻止層として機能し、読み出し側基板３からの漏れ電流を抑制することができるので、二次元半導体検出器１Ｂとしての検出感度・空間分解能をより一層改善することができる。つまり、ダイナミックレンジが大きくてクロストークをより一層少なくすることができる。
【００８１】
なお、第２接合用半導体膜１８も、第１および第２実施例と同様に各種成膜方法などより形成することができる。
【００８２】
（３）この発明の検出対象の放射線としてＸ線が例示されていたが、この発明が検出対象とする放射線は、Ｘ線に限らず例えばガンマー線であってもよい。また検出対象の光も、可視光に限らず、紫外線や赤外線であってもよい。
【００８３】
（４）上記各実施例では、読み出し駆動用回路の全部が検出側基板２Ｂと別体構成されていたが、一部が一体構成のものでもかまわない。
【００８４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、感応半導体膜の表面の略全面を覆うように感応半導体膜とヘテロ接合する第１接合用半導体膜を形成し、この第１接合用半導体膜を介して読み出し側基板と電気的に接続する状態とすることによって、感応半導体膜に入射した光または放射線を直接変換方式で生成したキャリアの漏れ・広がりが抑えられる。したがって、キャリアは生成位置に近い素子別に収集され、検出感度・空間分解能が改善される。つまり、ダイナミックレンジが大きくてクロストークが少なくなる。また、検出側基板と読み出し側基板を二次元アレイ状に区画された分割電極など介して電気的に接続する必要がないので、微細加工技術による分割電極の形成および両基板の位置合せを精度よく行う必要もない、結果、製造工程および管理を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における二次元半導体検出器の構成を示す断面図である。
【図２】等価回路の概略を示す回路図である。
【図３】第１実施例の検出素子１個当たりの構成を示す断面図である。
【図４】第２実施例における検出側基板の構成を示す断面図である。
【図５】検出側・読み出し側両基板の合体状況を示す正面図である。
【図６】第２実施例の検出素子１個当たりの構成を示す断面図である。
【図７】第３実施例に係る二次元撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】変形例における検出側基板の構成を示す断面図である。
【図９】従来例の検出素子のアレイ配列を示す平面図である。
【図１０】従来例における検出側基板の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  …  二次元半導体検出器
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  …  検出側基板
３  …  読み出し側基板
４  …  ガラス基板
５  …  共通電極
６  …  感応半導体膜
７  …  ｎ型半導体膜
８  …  検出素子
９  …  コンデンサ
１０  …  薄膜トランジスタ
２０  …  Ｘ線管
２４  …  演算処理部
【図１】
2005019543.tif 000003
【図２】
2005019543.tif 000004
【図３】
2005019543.tif 000005
【図４】
2005019543.tif 000006
【図５】
2005019543.tif 000007
【図６】
2005019543.tif 000008
【図７】
2005019543.tif 000009
【図８】
2005019543.tif 000010
【図９】
2005019543.tif 000011
【図１０】
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